【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼板を
冷間深絞り加工した成形品の時期割れ性試験方法
に関する。
一般に、深絞り加工は、圧縮，引張りの複合成
形であるため、材料は複雑な変形様式を示す。こ
のため、オーステナイト系ステンレス鋼板を冷間
深絞り加工したときは、加工誘起マルテンサイト
変態を生じ、加工硬化，残留応力増大などの変化
が発生し、これらの変化量が特有な値に達するこ
とにより時期割れが発生すると考えられている
（荒川，住友「ステンレス鋼板プレス成形品に発
生する時効割れ」塑性と加工vol.19no.205（1978
年２月）p.148〜155参照）。しかし、定量的な相
関関係は明確ではない。また、材料中に水素を含
有するときは、鋼中のミクロクラツク，転位など
のような格子欠陥，異相界面などに水素が集積す
ることにより機械的性質を劣化させ、割れが促進
されるとされている（長谷川正義監修「ステンレ
ス鋼便覧」日刊工業新聞社p.128〜141参照）。
加工中および加工後に発生する時期割れを阻止
することは重要な課題であるが、例えば下表に示
すような組成のJIS規格材SUS304，SUS304L等
に対する時期割れ防止対策としては、組成々分と
してのニツケル添加量の高水準化，加工形状の緩
和，中間焼鈍適用による残留応力ならびに加工硬
化の低下を図ること等が行なわれている。
The present invention relates to a method for testing the period cracking properties of molded products obtained by cold deep drawing an austenitic stainless steel plate. In general, deep drawing is a combination of compression and tension forming, so the material exhibits a complex deformation pattern. Therefore, when an austenitic stainless steel sheet is cold deep drawn, deformation-induced martensitic transformation occurs, and changes such as work hardening and increased residual stress occur, and when these changes reach specific values, It is thought that age cracking occurs (Arakawa, Sumitomo, “Age cracking that occurs in press-formed stainless steel sheets”, Plasticity and Processing vol. 19 no. 205 (1978)
(February) (see p.148-155). However, the quantitative correlation is not clear. Furthermore, when hydrogen is contained in a material, it is said that hydrogen accumulates in lattice defects such as microcracks and dislocations in the steel, and at interfaces between different phases, degrading mechanical properties and promoting cracking. (Refer to ``Stainless Steel Handbook'' supervised by Masayoshi Hasegawa, Nikkan Kogyo Shimbun, p. 128-141). Preventing period cracking that occurs during and after processing is an important issue, but for example, as a measure to prevent period cracking for JIS standard materials SUS304, SUS304L, etc. with the composition shown in the table below, it is necessary to Efforts have been made to increase the amount of nickel added, relax the processed shape, and apply intermediate annealing to reduce residual stress and work hardening.
【表】
しかし、これらは定性的な方策に留まり、時期
割れ性を定量的に試験する方法は行なわれなてい
ない。このため焼鈍を行なわない冷間深絞り加工
では、加工後の経時変化により時期割れが発生す
ることが多い。
本発明の目的は、上述の事情に鑑み、オーステ
ナイト系ステンレス鋼の冷間での深絞り加工にお
ける被加工物の時期割れ発生条件を定量化するこ
とにより、該発生条件との比較によりオーステナ
イト系ステンレス鋼板深絞り成形品の時期割れ性
を評価する試験方法を提供することにある。
本発明の試験方法は、オーステナイト系ステン
レス鋼板を冷間深絞り加工した成形品の磁化量と
硬さの積によつて時期割れ性を評価することを特
徴とする。
次に、本発明について、図面を参照して詳細に
説明する。
先ず、時期割れ発生条件の定量化について考え
る。オーステナイト系ステンレス鋼板を冷間深絞
り加工した成形品に起こる時期割れは、被加工物
に誘起されるマルテンサイト変態量，硬さ，残留
応力が特有な値に達することによつて発生する。
この場合、初期クラツクは、マルテンサイト変態
量とオーステナイト相界面の引張り残留応力がマ
ルテンサイト変態相の周縁に集中して発生し、該
引張り残留応力が原子間の最大応力を超えるため
に発生すると考えられる。従つて、初期クラツク
は、マルテンサイト変態相の周縁に沿つた方向に
発生し、その大きさはマルテンサイト変態相の結
晶粒度と同じである。
今、マルテンサイト変態相の形状が凸レンズ形
の薄板状であると仮定してグリフイスの理論（石
井勇五郎 著「機械材料学 物性と評価」日刊工
業新聞社 p.105〜109参照）を応用すると割れ発
生条件が定量的に求められる。すなわち、グリフ
イスの理論によると破かい応力σcは、
σc＝１／２（Eγ／ｃ）1/2 ……(1)
である。ただし、Ｅはヤング率，γは表面エネル
ギ，２ｃは結晶粒子の大きさである。これをステ
ンレス鋼のように破壊が塑性変形を伴なう場合に
適用するため有効表面エネルギγ′を、
γ′＝Pγ ……(2)
とする。ただしｐはクラツク伝播に要する塑性変
形仕事に関する係数であり、硬さHvに反比例す
る量である。従つてＫを常数（例えばガラスの硬
さ）として、
ｐ＝Ｋ／Hv ……(3)
と書きかえることができる。そして、(1)式のγの
代りに(2)式のγ′を用い、(3)式を代入して整理する
と
σc 2・Hv＝EKγ／4c＝K′ ……(4)
を得る。ここにK′は同種の材料ではほぼ同程度
の値であり、定数と考えて良い。すなわち、破壊
応力σc 2と硬さHvの積がある一定数に達したとき
時期割れが発生することがわかる。
一方、残留応力σは、オーステナイト系ステン
レス鋼のニツケル含有量に関係なく、ほぼ磁化量
の1/2乗に比例することが実験により確められた。
ここに磁化量とは、加工によりマルテンサイト変
態を生ずるために発生した磁性を示す量であり、
一定の磁界中に置いたときに磁化される量であ
る。これは、例えばフエライトスコープによつて
容易に測定できる。なお、磁化量は、マルテンサ
イト変態量にほぼ比例するといわれている。従つ
て、(4)式は、マルテンサイト変態により発生した
磁化量と硬さの積が時期割れ性の評価に使用でき
ることを意味することになる。
次に、時期割れが発生する磁化量と硬さの積
（一定値）を求めるために、一例として、板厚が
2.5mmのオーステナイト系ステンレス鋼板
（SUS304）を第１図に示すような形状に深絞り
加工して、時期割れ発生個所での硬さと磁化量を
測定した。この時の硬さと磁化量は、第２図で点
３２として示されている。この点３２を通つて硬
さと磁化量の積が一定となる曲線３１を引く。こ
の曲線３１は時期割れ発生限界曲線であり、図中
右上側が時期割れ発生領域である。さらに、安全
領域を求めるために、水素チヤージを行つて時期
割れを促進させ、発生した時期割れ部の硬さと磁
化量を測定した結果が曲線３３として示されてい
る。水素の影響は、マルテンサイト相とオーステ
ナイト相界面に拡散集積し、界面の脆化によりマ
ルテンサイト相をクラツクとして顕在化させる。
従つて、水素チヤージにより時期割れが促進され
経時変化にる時期割れの主要因と考えられる。す
なわち、曲線３３より左下側の領域では、経時変
化により水素チヤージされても時期割れが発生し
ないと考えて良い。曲線３３は、ほぼ硬さと磁化
量の積が一定の曲線であり、この一定値は安全率
を見た時期割れ評価基準として使用される。上記
磁化量は、例えばフエライトスコープによつて材
料を破壊しないで容易に測定することが可能であ
るが、硬さは破壊試験によらざるを得ない。しか
し、磁化量および硬さは、材料および加工条件が
定まればそれぞれほぼ一定となり、また後述のよ
うに同一材料では磁化量と硬さの関係はほぼ直線
状になることから、磁化量の測定によつて概略の
硬さを求めることもできる。すなわち、成形品の
磁化量を測定し、この磁化量から求めた硬さを乗
じた値が前記一定値未満であれば時期割れは発生
しないといえる。
次に、SUS304Lを用いて第１図に示した形状
に深絞り加工した成形品の各部の磁化量と硬さを
求めた結果を第２図の曲線３４と３５に示す。曲
線３４は、ニツケル含有量が12.11％のものであ
り、曲線３５はニツケル含有量が9.91％のものを
示す。すなわち、成形品の各部所によつて磁化量
および硬さが異なるが、その積の最大値はいずれ
も前記基準値（曲線３３）により小であり、経時
変化によつても時期われを発生しないことがわか
る。上記積値が小である程耐時期割れ性が高いこ
とは勿論であり、この積値によつて冷間深絞り加
工したオーステナイト系ステンレス鋼板の時期割
れ性が試験できる。また、曲線３４，３５はいず
れもほぼ直線であり、材料によつて磁化量と硬さ
が一定の関係になることを示している。
以上のように、本発明においては、加工成形品
の磁化量と硬さの積によつて時期割れ性を評価す
る試験方法を採用したから、時期割れ性を定量的
に試験することが可能となり、多量生産品の信頼
性を保証する試験法としても有効である。また、
同種材料の磁化量と硬さの関係をあらかじめ求め
ておけば、非破壊試験による磁化量の測定みで簡
便に測定できるから頗る便宜であり、現場におい
て容易に試験することが可能である。[Table] However, these are only qualitative measures, and no method has been used to quantitatively test the susceptibility to timing. For this reason, in cold deep drawing processing without annealing, period cracking often occurs due to changes over time after processing. In view of the above-mentioned circumstances, the purpose of the present invention is to quantify the conditions under which period cracking occurs in a workpiece during cold deep drawing of austenitic stainless steel, and to compare the conditions with which cracks occur in austenitic stainless steel. The object of the present invention is to provide a test method for evaluating the period cracking resistance of deep-drawn steel plate products. The test method of the present invention is characterized by evaluating the period cracking resistance of a molded product obtained by cold deep drawing an austenitic stainless steel plate by the product of the magnetization amount and hardness. Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. First, let's consider quantifying the conditions for the occurrence of timing discrepancies. Period cracking that occurs in molded products made by cold deep drawing of austenitic stainless steel sheets occurs when the amount of martensitic transformation, hardness, and residual stress induced in the workpiece reach specific values.
In this case, the initial crack is thought to occur because the amount of martensitic transformation and the tensile residual stress at the austenite phase interface are concentrated at the periphery of the martensitic transformed phase, and the tensile residual stress exceeds the maximum stress between atoms. It will be done. Therefore, the initial cracks occur in the direction along the periphery of the martensitic transformed phase, and their size is the same as the grain size of the martensitic transformed phase. Now, assuming that the shape of the martensitic transformed phase is a convex lens-shaped thin plate, and applying Griffith's theory (see Yugoro Ishii, "Mechanical Materials Science: Physical Properties and Evaluation", Nikkan Kogyo Shimbun, p. 105-109), cracking will occur. The conditions for occurrence are quantitatively determined. That is, according to Griffith's theory, the fracture stress σ c is σ c = 1/2 (Eγ/c) 1/2 (1). However, E is Young's modulus, γ is surface energy, and 2c is the size of crystal grains. To apply this to cases where fracture is accompanied by plastic deformation, such as stainless steel, the effective surface energy γ′ is set as γ′=Pγ ……(2). However, p is a coefficient related to the plastic deformation work required for crack propagation, and is an amount inversely proportional to the hardness Hv . Therefore, if K is a constant (for example, the hardness of glass), it can be rewritten as p=K/H v (3). Then, by substituting γ′ in equation (2) for γ in equation (1) and rearranging by substituting equation (3), we get σ c 2・H v =EKγ/4c=K′...(4) obtain. Here, K′ is approximately the same value for the same type of materials, and can be considered a constant. That is, it can be seen that period cracking occurs when the product of fracture stress σ c 2 and hardness H v reaches a certain value. On the other hand, it has been confirmed through experiments that the residual stress σ is approximately proportional to the 1/2 power of the magnetization amount, regardless of the nickel content of the austenitic stainless steel.
The amount of magnetization here refers to the amount of magnetism generated due to martensitic transformation due to processing,
This is the amount of magnetization when placed in a constant magnetic field. This can be easily measured using, for example, a ferrite scope. Note that the amount of magnetization is said to be approximately proportional to the amount of martensitic transformation. Therefore, equation (4) means that the product of the amount of magnetization generated by martensitic transformation and hardness can be used to evaluate the period cracking property. Next, in order to find the product (constant value) of the amount of magnetization and hardness at which period cracking occurs, as an example, if the plate thickness is
A 2.5 mm austenitic stainless steel plate (SUS304) was deep drawn into the shape shown in Figure 1, and the hardness and magnetization at the location where periodic cracking occurred were measured. The hardness and magnetization amount at this time are shown as point 32 in FIG. A curve 31 is drawn through this point 32 where the product of hardness and magnetization is constant. This curve 31 is a timing lag occurrence limit curve, and the upper right side of the figure is the timing lag occurrence area. Furthermore, in order to find a safe range, hydrogen charging was performed to promote the timing cracks, and the hardness and magnetization of the generated timing cracks were measured, and the results are shown as a curve 33. The influence of hydrogen diffuses and accumulates at the interface between the martensite phase and the austenite phase, causing the martensite phase to become apparent as cracks due to the embrittlement of the interface.
Therefore, it is considered that hydrogen charging promotes timing cracking and is the main cause of aging cracking. That is, in the region on the lower left side of the curve 33, it can be considered that no timing cracks occur even if hydrogen is charged due to aging. The curve 33 is a curve in which the product of the hardness and the amount of magnetization is approximately constant, and this constant value is used as a criterion for evaluating timing failure based on the safety factor. The amount of magnetization can be easily measured using, for example, a ferrite scope without destroying the material, but the hardness must be determined by a destructive test. However, the amount of magnetization and hardness are almost constant once the material and processing conditions are determined, and as explained later, the relationship between the amount of magnetization and hardness is almost linear for the same material, so the measurement of the amount of magnetization Approximate hardness can also be determined by That is, if the value obtained by measuring the amount of magnetization of the molded product and multiplying it by the hardness determined from the amount of magnetization is less than the above-mentioned certain value, it can be said that cracking does not occur. Next, curves 34 and 35 in FIG. 2 show the results of determining the amount of magnetization and hardness of each part of a molded product deep drawn into the shape shown in FIG. 1 using SUS304L. Curve 34 shows a nickel content of 12.11% and curve 35 shows a nickel content of 9.91%. In other words, although the amount of magnetization and hardness differ depending on each part of the molded product, the maximum value of the product is all smaller than the above reference value (curve 33), and no time difference occurs even with changes over time. I understand that. It goes without saying that the smaller the product value is, the higher the resistance to aging cracking is, and the resistance to aging cracking of a cold deep drawn austenitic stainless steel sheet can be tested using this product value. Moreover, both curves 34 and 35 are substantially straight lines, indicating that the amount of magnetization and hardness have a constant relationship depending on the material. As described above, the present invention employs a test method that evaluates the period crackability based on the product of the magnetization amount and hardness of the processed molded product, making it possible to quantitatively test the period crackability. It is also effective as a test method to guarantee the reliability of mass-produced products. Also,
If the relationship between the amount of magnetization and hardness of similar materials is determined in advance, it can be easily measured by simply measuring the amount of magnetization using a non-destructive test, which is extremely convenient and can be easily tested in the field.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図はオーステナイト系ステンレス鋼板を冷
間深絞り加工した成形品の一例を示す斜視図、第
２図は時期割れ発生限界および磁化量と硬さの関
係を示す図である。
図において、３１……時期割れ発生限界曲線、
３２……時期割れ発生時点での硬さと磁化量を示
す点、３３……水素チヤージによる割れ発生限界
曲線、３４，３５……被加工物の各部の硬さと磁
化量の測定結果を示す曲線。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a molded product obtained by cold deep drawing an austenitic stainless steel plate, and FIG. 2 is a diagram showing the limit of occurrence of period cracking and the relationship between magnetization and hardness. In the figure, 31... timing crack occurrence limit curve,
32...A point showing the hardness and the amount of magnetization at the time of occurrence of a crack, 33...Crack generation limit curve due to hydrogen charging, 34, 35...A curve showing the measurement results of the hardness and magnetization of each part of the workpiece.